JP6985933B2 - 隔離された光学エンコーダを備えるロボット駆動装置 - Google Patents

Description

例示的かつ非限定的実施形態は概して位置センシングに関し、より具体的には、光学エンコーダを備えるロボット駆動装置位置センサに関する。

先行開発技術の簡単な説明

参照することにより全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開公報第２００９／０２４３４１３号および第２０１５／０３０３７６４号に、非光学エンコーダ読取ヘッドとエンコーダディスクとの間の隔壁が開示されている。

摘要

以降の摘要は、単に例として示されたものである。この摘要は特許請求の範囲を制限するものではない。

一態様では、装置の例示的実施形態が提供される。前記装置は、モータアセンブリのハウジングに、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して取り付けられるように構成されるフレームと、前記フレームに接続される、カメラを含む光センサと、前記開口部において前記ハウジングに接続されるように構成される環境分離壁と、を備える。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記カメラが前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記カメラと相対的に配置される。

別の態様では、例示的方法が提供される。前記方法は、フレームと、前記フレームに接続されるカメラとを備える読取ヘッドを設けることと、前記読取ヘッドをモータアセンブリのハウジングに接続することと、を含む。ここで前記読取ヘッドの前記フレームは、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して、前記ハウジングに接続される。前記方法はさらに、前記開口部に環境分離壁を配置して、前記ハウジング内部の第１の環境領域を、前記カメラが内部に配置された第２の環境領域から分離することを含む。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記カメラが前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記カメラと相対的に配置される。

別の態様では、例示的方法が提供される。前記方法は、モータアセンブリのハウジング外部に少なくとも部分的に配置される読取ヘッドの発光器によって、前記ハウジング内部に配置される参照部材を照射することと、前記読取ヘッドの、前記ハウジング外部に少なくとも部分的に配置されるカメラによって、前記参照部材の画像を視認することと、を含む。前記画像は、前記ハウジングの開口部を通して、および前記開口部に配置された透明な環境分離壁を通して、前記カメラによって視認され、前記透明な環境分離壁は、前記ハウジング内部の第１の環境を、前記カメラが内部に配置されている第２の環境から封止し、前記カメラは前記第１の環境の外部に配置され、前記透明な環境分離壁によって、前記カメラが前記第１の環境の外部にあっても、前記ハウジング内部からの前記画像を、前記カメラが視認することができる。

前述の態様や他の特徴は以降の記述で説明されるが、次の添付図面を参照している。

図１は、基板処理装置の概略図である。

図２は、図１に示す装置の構成要素の一部を示す図である。

図３は、図１および図２に示す構成要素の一部を示す概略図である。

図３Ａは、図１および図２に示す構成要素の別の例示的実施形態を示す図である。

図４は、図３に示す構成要素の一部を示す概略図である。

図４Ａは、図４に示す読取ヘッドの例を示す概略図である。

図４Ｂは、図４に示す読取ヘッドが複数ある場合の例を示す概略図である。

図５は、図３および図４に示すセンサの接続構成タイプの例を示す図である。

図６は、図３および図４に示すハウジングへのセンサの接続タイプの例を示す図である。

図７は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図８は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図９は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１０は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１１は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１２は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１３は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１４は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

図１５は、別の例示的実施形態を示す、図４に類似する図である。

実施例の詳細説明

図１を参照すると、基板搬送装置１２を備える例示的基板処理装置１０の上平面略図が示されている。本発明を、図面に示す実施形態を参照して説明するが、他の様々な実施形態の態様によっても実現可能であることを理解されたい。また、任意の適切なサイズ、形状、または種類の要素や材料を使用可能である。

基板処理装置１０は、基板搬送装置１２に加えて、真空チャンバ１５に接続された複数の基板処理チャンバ１４と基板カセットエレベータ１６とを備える。搬送装置１２は、少なくとも部分的にチャンバ１５内に配置され、チャンバ１４とエレベータ１６との間で半導体ウェハや平面ディスプレイ等の平面基板を搬送するように構成される。別の実施形態では、搬送装置１２は任意の適切なタイプの基板処理装置で用いることができる。

従来の真空環境ロボットマニピュレータは通常、アクチュエータやセンサ等の、ロボットマニピュレータのすべての能動部品を収容する駆動部と、その駆動部によって駆動される１つ以上のアームとを備える。アームは通常は受動的なメカニズムである。すなわち、アームは、アクチュエータやセンサのような能動部品を含まない。これは主に、真空環境におけるガス放出、配電、および熱除去が困難なためである。

図２も参照すると、基板搬送装置１２（または真空対応ロボットシステム）は、駆動部１８とアーム２０とを備える。駆動部１８は２つの回転軸を備える。アーム２０は駆動部１８に結合される。本例示的実施形態では、アーム２０は、第１のリンク２２と、第２のリンク２４と、エンドエフェクタ２６とを備える。第１のリンク２２は、駆動部１８の第１の回転軸に直接取り付けられる。第２のリンク２４は、第１の回転関節２８を介して第１のリンク２２に結合される。エンドエフェクタ２６は、第２の回転関節３０を介して第２のリンク２４に結合される。図示されている実施形態において、アーム２０は、駆動部１８および関節２８、３０においてそれぞれ形成された３つの回転軸９０、９２、９４を備える。本実施形態において、第２のリンク２４はベルト／バンド駆動部を介して駆動される。このベルト／バンド駆動部は、第１のプーリと、第１のベルト／バンドと、第２のプーリとを備えてもよい。第１のプーリは駆動部１８の第２の回転軸に取り付けられ、第２のプーリはアーム２０の第２のリンク２４に取り付けられる。エンドエフェクタ２６は、別のベルト／バンド機構を介して、駆動部１８に対してほぼ径方向を指すように制約される。別のベルト／バンド機構は、第３のプーリと、第２のベルト／バンドと、第４のプーリとを備えてもよい。第３のプーリは第１のリンク２２に枢結され、第４のプーリはエンドエフェクタ２６に取り付けられる。様々な例示的実施形態において、任意の適切な駆動部、アクチュエータ、センサ等は、本明細書に開示される特徴を有してもよく、米国特許第９，２０２，７３３号および第８，７１６，９０９号との組合せおよび／または該特許に開示されるとおりの特徴を有してもよい。これらの参照文献はすべて、参照することにより全体が本明細書に組み込まれる。

基板搬送装置１２は真空ロボットに関連して記述されているが、大気用またはそれ以外の任意の適切な基板搬送装置が、本開示に記載するような特徴を有して提供されてもよい。基板搬送装置１２は、コントローラ５４と、駆動部１８と、アーム２０とを備え、基板Ｓを搬送するように構成される。コントローラ５４は、少なくとも１つのプロセッサ３２と、少なくとも１つのメモリ３４と、駆動部１８を制御しセンサからの入力を処理するように構成されたソフトウェアまたはコンピュータコード３６とを備えてもよい。アーム２０は、スカラ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ（選択的コンプライアンスアセンブリロボットアーム）：ＳＣＡＲＡ）型アームとして示され、駆動部１８によって駆動されるが、別の実施形態では、任意の適切なアームを設けることができる。基板搬送装置１２は２リンクアームに関して示されているが、任意の適切な数のリンクを設けてもよい。また、任意の適切な数のアームを設けてもよい。さらに、回転軸および／または直線軸の任意の組合せを、任意の適切なアームに設けてもよい。

駆動部１８はロボットモータアセンブリを形成する。この例において、ロボットモータアセンブリは固定子と回転子とを備える。これらの固定子と回転子は、第１のリンク２２に接続されたシャフトと、第１のリンク内のプーリのうちの１つに接続されたシャフトとを駆動するように構成される。図３も参照すると、駆動部１８はハウジング３８を備える。ハウジング３８は、駆動部１８およびチャンバ１５の内部の環境領域４０を、駆動部およびチャンバの外部の環境領域４２から分離する。位置エンコーダ参照部材またはディスクは、駆動部１８の回転子またはシャフトのそれぞれに接続される。図３にこの例を示している。ここでは、位置エンコーダ参照部材ディスク４４がシャフト／回転子４６に取り付けられている。モータアセンブリのハウジング３８は、ハウジングを貫通する開口部４８を有する。開口部４８は、位置エンコーダ参照部材ディスク４４と整列している。ハウジング３８には、位置読取ヘッド５０が取り付けられる。位置読取ヘッド５０は、回転子／シャフト４６の回転に応じて位置エンコーダ参照部材ディスク４４が回転する際に、該ディスク４４の場所または位置を感知するために、ハウジング３８を貫通する開口部４８に配置される。読取ヘッド５０からの出力はコントローラ５４に供給される。別の例を図３Ａに示している。図３Ａは、米国特許出願公開公報第２０１４／００７７６３７における、図１に示すような例示的ロボット等の、ロボットのダイレクトドライブモジュールを概略的に示している。この図には、シャフト４６ａ、モータ４７の固定子および回転子、ダイレクトドライブモジュールハウジング３８ａ、エンコーダトラックまたは参照部材４４ａ、軸受４９、およびエンコーダセンサ６０ａが示されている。

図４も参照すると、この実施形態では、位置読取ヘッド５０は概して、フレーム５６と、発光器５８と、光センサ６０と、環境分離壁６２と、電子回路５９とを備える。あるタイプの例示的実施形態において、センサ６０は、少なくとも１つの画像を視認するために配列として配置された複数の光センサであり、発光器５８は複数の発光器を含む。この例を、読取ヘッド５０'と共に図４Ａに示している。別の実施形態では、図４Ｂに示すように、装置は、発光器と光センサの構成が異なるが、ハウジング３８に取り付けられて同じ参照部材４４を読み取る複数の読取ヘッド５０''、５０'''を備えてもよい。

図５も参照すると、この例示的実施形態では、センサ６０とフレーム５６の間に第１の接続部６４、および分離壁６２とフレーム５６の間に第２の接続部６６を設けている。しかしながら、図６に示すように、センサ６０と分離壁６２はセンサフレームと一体のアセンブリであってもよく、ハウジング３８に対する１タイプの接続部６８を備えてもよい。接続部６４、６６、６８は、固定的に取り付けられてもよく、調整可能であってもよい。図４に示す例において、接続部６４は固定的に取り付けられ、接続部６６は弾性的に屈折可能な接続であり、接続部６８は調整可能である。

この例示的実施形態において、環境分離壁６２は透明窓であり、光センサ６０はカメラである。透明窓６２を保持するために、保持部７０が設けられる。保持部７０は、接続部６６によってフレーム５６に接続される。保持部７０は、接続部６６によって開口部４８の方向に付勢され、透明窓６２をシール７２に押し付ける。これにより、シール７２および窓６２によって開口部４８が封止され、開口部４８において２つの環境領域４０、４２の間に光学的に透明な隔壁が形成される。隔壁６２は光学的に透明であるため、カメラ６０は参照部材４４からの画像を視認できる。カメラ６０、発光器５８、および電子回路５９を含む読取ヘッド５０の構成要素はすべて環境領域４０の外にあるため、領域４０内において、これらの構成要素からのガス放出のおそれはない。カメラ６０、発光器５８、および電子回路５９を含む読取ヘッド５０の構成要素はすべて環境領域４０の外にあるため、読取ヘッド５０またはその構成要素の特別な設計や格納は不要である。

本明細書に記載する特徴と共に、位置エンコーダをロボットダイレクトドライブモジュールに組み込んでもよい。ロボットダイレクトドライブモジュールは、例えば、駆動部１８や、組み立てられて駆動部１８を形成する複数のドライブモジュールのうちの１つ等である。例えば図面に示す例示的実施形態に示すように、ディスク４４上等の位置エンコーダトラックはダイレクトドライブモジュールの被駆動部分４６に結合されてもよく、位置読取ヘッドはダイレクトドライブモジュールのハウジング３８の外側に設けられてもよい。

ある例示的実施形態において、図４に概略的に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジング３８は、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの外側から位置エンコーダトラックの光学的経路（視野）を設けるように配置される開口部（スロット）４８を特徴としてもよい。開口部４８は、ダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境を、ダイレクトドライブモジュールのハウジング外部の環境から分離する分離壁６２を特徴としてもよい。分離壁６２は、例えばガラスやアクリル等の実質的に透明な材料から成ってもよい。分離壁６２は、例えばＯリングや接合継手等を用いて、または他の任意の適切な方法で、ダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止されてもよい。

参照部材４４上のエンコーダトラックは、エンコーダトラックの場所の感知のために用いることができる特徴を有してもよい。例として、これらの特徴は増分トラックであってもよく、場合によっては、増分トラックを絶対トラックによって補完してもよい。別の例として、これらの特徴は、画像処理技術を用いて復号できるパターンであってもよい。

図４に示すように、読取ヘッド５０は、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介してエンコーダトラックの場所を感知できるように、ダイレクトドライブモジュールの外側に設けてもよい。読取ヘッドは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングに実質的に固定的に取り付けてもよく、または、ダイレクトドライブモジュールのハウジングに移動可能に結合して、エンコーダトラックに対して読取ヘッドを調整できるようにしてもよい。この調整には、読取ヘッドとエンコーダトラックとの間の距離や、エンコーダトラックに対する読取ヘッドの向き（例えば、ピッチ、ロール、およびヨー）が含まれてもよい。あるいは、読取ヘッドは開口部の近傍に任意の適切な方法で保持されてもよい。

さらに図４を参照すると、読取ヘッドはエンクロージャ５６と（センサ６０を含む）光学系とを備えてもよい。読取ヘッドは、読取ヘッドの制御、データの処理、および通信の促進のための電子部品等の他の構成要素をさらに備えてもよい。

光学系は、読取ヘッドに対するエンコーダトラックの位置を検出するように構成してもよい。例として、光学系は、１つ以上の発光器、１つ以上の受光器、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。発光器および受光器は、エンコーダトラック上の特徴を検出するように配置してもよい。例えば、受光器は、発光器によって生成される光の反射に基づいて特徴を検出してもよい。

別の例として、光学系は、１つ以上の光源、１つ以上のデジタルカメラ、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。光源は、デジタルカメラの視野においてエンコーダトラックの照明を提供するように配置してもよい。デジタルカメラは、エンコーダトラックの写真（画像）を定期的に撮影するように配置してもよい。これらの写真は、エンコーダ読取ヘッドに対するエンコーダトラックの場所を特定するために、エンコーダ読取ヘッドによって、および／または例えばコントローラ５４等のエンコーダ読取ヘッドの外部で処理してもよい。

別の例示的実施形態において、図７に概略的に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジング３８は、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの外側から位置エンコーダトラック４４の光学的経路（視野）を設けるように配置される開口部（スロット）４８を特徴としてもよい。読取ヘッド５０ａは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介してエンコーダトラック４４の場所を感知できるように、ダイレクトドライブモジュールの外側に設けてもよい。

エンコーダトラック４４は、エンコーダトラックの場所の感知のために用いることができる特徴を有してもよい。例として、これらの特徴は増分トラックであってもよく、場合によっては、増分トラックを絶対トラックによって補完してもよい。別の例として、これらの特徴は、画像処理技術を用いて復号できるパターンであってもよい。

読取ヘッド５０ａは、エンクロージャ５６ａと、窓６２と、５８、６０を含む光学系とを備えてもよい。読取ヘッド５０ａは、読取ヘッドの制御、データの処理、および通信の促進のための電子部品等の他の構成要素をさらに備えてもよい。

図７に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジング３８の開口部４８を介して光学系５８、６０とエンコーダトラック４４との間に光学的経路（視野）を設けるために、読取ヘッドのエンクロージャに窓６２を設けてもよい。窓６２は、ガラスやアクリル等の実質的に透明な材料から成ってもよい。

光学系は、読取ヘッドに対するエンコーダトラック４４の位置を検出するように構成してもよい。例として、光学系は、１つ以上の発光器、１つ以上の受光器、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。発光器および受光器は、エンコーダトラック上の特徴を検出するように配置してもよい。例えば、受光器は、発光器によって生成される光の反射に基づいて特徴を検出してもよい。光源は、デジタルカメラの視野においてエンコーダトラックの照明を提供するように配置してもよい。デジタルカメラ６０は、エンコーダトラックの写真（画像）を定期的に撮影するように配置してもよい。これらの写真は、エンコーダ読取ヘッドに対するエンコーダトラックの場所を特定するために、エンコーダ読取ヘッドによって処理してもよい。

読取ヘッド５０ａをダイレクトドライブモジュールのハウジング３８に取り付けて、ダイレクトドライブモジュールの開口部４８周囲でダイレクトドライブモジュールのハウジング３８に対して読取ヘッドの窓６２を封止し、ダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境を、ダイレクトドライブモジュール外部の環境から分離してもよい。これによって、読取ヘッド５０ａのエンクロージャ内部の構成要素がダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境にさらされない。

図７に示すように、読取ヘッドはダイレクトドライブモジュールのハウジングに実質的に固定的に取り付けてもよく、窓６２は、Ｏリングまたは他の任意の適切なシールを用いてダイレクトドライブモジュールのハウジング３８に封止してもよい。シール構成のさらなる例を図８、図９（読取ヘッドの設置方向に対して垂直方向にシールが圧縮される）および図１０（読取ヘッドの設置方向に沿ってＯリングが圧縮される）に概略的に示している。図８はハウジング３８ｂと読取ヘッド５０ｂとを示している。ハウジング３８ｂは開口部４８ｂを備え、読取ヘッド５０ｂは、フレーム５６ｂと、シール７２ｂと、窓６２ｂと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。図９はハウジング３８ｃと読取ヘッド５０ｃとを示している。ハウジング３８ｃは開口部４８ｃを備え、読取ヘッド５０ｃは、フレーム５６ｃと、シール７２ｂと、窓６２ｂと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。図１０はハウジング３８ｂと読取ヘッド５０ｄとを示している。ハウジング３８ｂは開口部４８ｂを備え、読取ヘッド５０ｄは、フレーム５６ｃと、シール７２ｄと、窓６２ｄと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。窓６２は、シールのために十分な空間を提供すると同時に、図１１に示すように、センサの構成要素をエンコーダトラックに所望のように近接させるような形状であってもよい。図１１はハウジング３８ｂと読取ヘッド５０ｅとを示している。ハウジング３８ｂは開口部４８ｂを備え、読取ヘッド５０ｅは、フレーム５６ｃと、シール７２ｄと、窓６２ｅと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。

図７から図１１の例示的構成のすべてにおいて、窓６２はセンサのエンクロージャ５６に対して必ずしも封止されず、機械的に固定されているだけであってもよく、封止は、窓６２とダイレクトドライブモジュールのハウジング３８との間で行われることに留意されたい。図７から図１１の例における窓６２は、個別の構成要素でなくてもよいことに留意されたい。窓６２は、読取ヘッドの光学系のレンズ等の構成要素によって、または他の任意の適切な構成要素によって便宜的に形成されてもよい。

あるいは、読取ヘッドをダイレクトドライブモジュールのハウジングに移動可能に結合し、エンコーダトラックに対してセンサを調整できるようにしてもよい。この調整には、読取ヘッドとエンコーダトラックとの間の距離や、エンコーダトラックに対する読取ヘッドの向き（例えば、ピッチ、ロール、およびヨー）が含まれてもよい。センサの窓は、Ｏリング、ベローズ、フレクシャ、または、封止を維持しつつセンサに十分な可動域を与える他の任意の適切なシールによってダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい。

さらに別の例示的実施形態において、図１２に概略的に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジングは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの外側から位置エンコーダトラックの光学的経路（視野）を設けるように配置される開口部（スロット）を特徴としてもよい。読取ヘッドは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介してエンコーダトラックの場所を感知できるように、ダイレクトドライブモジュールの外側に設けてもよい。図１２はハウジング３８と読取ヘッド５０ｆとを示している。ハウジング３８は開口部４８を備え、読取ヘッド５０ｆは、フレーム５６ｆと、シール７２と、窓６２ｆと、シール７２ｆと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。

エンコーダトラックは、エンコーダトラックの場所の感知のために用いることができる特徴を有してもよい。例として、これらの特徴は増分トラックであってもよく、場合によっては、増分トラックを絶対トラックによって補完してもよい。別の例として、これらの特徴は、画像処理技術を用いて復号できるパターンであってもよい。

読取ヘッドは、エンクロージャと、窓と、光学系とを備えてもよい。読取ヘッドは、読取ヘッドの制御、データの処理、および通信の促進のための電子部品等の他の構成要素をさらに備えてもよい。

図１２に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介して光学系とエンコーダトラックとの間に光学的経路（視野）を設けるために、読取ヘッドのエンクロージャに窓を設けてもよい。窓は、ガラスやアクリル等の実質的に透明な材料から成ってもよい。窓は、例えばＯリングや接合継手を用いてセンサのエンクロージャに封止してもよい。

光学系は、読取ヘッドに対するエンコーダトラックの位置を検出するように構成してもよい。例として、光学系は、１つ以上の発光器、１つ以上の受光器、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。発光器および受光器は、エンコーダトラック上の特徴を検出するように配置してもよい。例えば、受光器は、発光器によって生成される光の反射に基づいて特徴を検出してもよい。

別の例として、光学系は、１つ以上の光源、１つ以上のデジタルカメラ、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。光源は、デジタルカメラの視野においてエンコーダトラックの照明を提供するように配置してもよい。デジタルカメラは、エンコーダトラックの写真（画像）を定期的に撮影するように配置してもよい。これらの写真は、エンコーダ読取ヘッドに対するエンコーダトラックの場所を特定するために、エンコーダ読取ヘッドによって処理してもよい。

読取ヘッドをダイレクトドライブモジュールのハウジングに取り付けて、ダイレクトドライブモジュールの開口部周囲および読取ヘッドの窓周囲でダイレクトドライブモジュールのハウジングに対してセンサのエンクロージャを封止し、ダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境をダイレクトドライブモジュール外部の環境から分離し、さらに、読取ヘッドのエンクロージャ内部の構成要素をダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境から分離してもよい。これによって、読取ヘッドのエンクロージャ内部の構成要素がダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境にさらされなくなる。

図１２に示すように、読取ヘッドはダイレクトドライブモジュールのハウジングに実質的に固定的に取り付けてもよく、センサのエンクロージャは、Ｏリングまたは他の任意の適切なシールを用いてダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい。図１４および図１５に、さらなる例示的実施形態を示している。ここでは、窓が読取ヘッドのエンクロージャに封止され、読取ヘッドのエンクロージャはダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止されている。図１４はハウジング３８ｈと読取ヘッド５０ｈとを示している。ハウジング３８ｈは開口部４８ｈを備え、読取ヘッド５０ｈは、フレーム５６ｈと、シール７２ｈ１、７２ｈ２と、窓６２ｈと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。図１５はハウジング３８ｈと読取ヘッド５０ｉとを示している。ハウジング３８ｈは開口部４８ｈを備え、読取ヘッド５０ｉは、フレーム５６ｉと、シール７２ｈ１、７２ｈ２と、窓６２ｈと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。

図１２の例における窓は、個別の構成要素でなくてもよい。窓は、センサの光学系のレンズ等の構成要素によって、または他の任意の適切な構成要素によって便宜的に形成されてもよい。

あるいは、読取ヘッドをダイレクトドライブモジュールのハウジングに移動可能に結合し、エンコーダトラックに対して読取ヘッドを調整できるようにしてもよい。この調整には、読取ヘッドとエンコーダトラックとの間の距離や、エンコーダトラックに対する読取ヘッドの向き（例えば、ピッチ、ロール、およびヨー）が含まれてもよい。読取ヘッドのエンクロージャは、Ｏリング、ベローズ、フレクシャ、または、封止を維持しつつ読取ヘッドに十分な可動域を与える他の任意の適切なシールによってダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい。

さらに別の例示的実施形態において、図１３に概略的に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジングは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの外側から位置エンコーダトラックの光学的経路（視野）を設けるように配置される開口部（スロット）を特徴としてもよい。図１３はハウジング３８ｇと読取ヘッド５０ｇとを示している。ハウジング３８ｇは開口部４８ｇを備え、読取ヘッド５０ｇは、フレーム部材５６ｇ１、５６ｇ２と、シール７２ｇ１、７２ｇ２と、窓６２ｇと、発光器５８およびセンサ６０を含む光学要素とを備える。センサは、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介してエンコーダトラックの場所を感知できるように、ダイレクトドライブモジュールの外側に設けてもよい。

エンコーダトラックは、エンコーダトラックの場所の感知のために用いることができる特徴を有してもよい。例として、これらの特徴は増分トラックであってもよく、場合によっては、増分トラックを絶対トラックによって補完してもよい。別の例として、これらの特徴は、画像処理技術を用いて復号できるパターンであってもよい。

読取ヘッドは、第１のエンクロージャと、窓と、光学系とを備えてもよい。センサは、読取ヘッドの制御、データの処理、および通信の促進のための電子部品等の他の構成要素をさらに備えてもよい。

図１３に示すように、ダイレクトドライブモジュールのハウジングの開口部を介して光学系とエンコーダトラックとの間に光学的経路（視野）を設けるために、読取ヘッドの第１エンクロージャに窓を設けてもよい。窓は、読取ヘッドの第１のエンクロージャに機械的に固定し、第２のエンクロージャに封止してもよく（図１３の窓のシール）、ここではいずれのエンクロージャもダイレクトドライブモジュールのハウジングではない。その後、第２のエンクロージャをダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい（図１３のエンクロージャのシール）。これによって、読取ヘッドのエンクロージャが、大気環境と、用いられる非大気環境との間の隔壁として機能することを意図しないようにできる。

窓は、ガラスやアクリル等の実質的に透明な材料から成ってもよい。あるいは、図６から図１２の例において説明したように、窓は、読取ヘッドの光学系のレンズ等の構成要素、光に影響を及ぼす別の光学要素、または他の任意の適切な構成要素によって便宜的に形成されてもよい。

窓は、例えばＯリングや接合継手を用いて読取ヘッドの第１のエンクロージャに封止してもよい。所望であれば、フランジ等の特徴を窓に追加することによって封止を達成してもよい。あるいは、市販の読取ヘッドにおいて利用可能な特徴を用いて封止を達成してもよい。

光学系は、読取ヘッドに対するエンコーダトラックの位置を検出するように構成してもよい。例として、光学系は、１つ以上の発光器、１つ以上の受光器、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。発光器および受光器は、エンコーダトラック上の特徴を検出するように配置してもよい。例えば、受光器は、発光器によって生成される光の反射に基づいて特徴を検出してもよい。

別の例として、光学系は、１つ以上の光源、１つ以上のデジタルカメラ、および、レンズ、ミラー、マスク等の他の光学要素を含んでもよい。光源は、デジタルカメラの視野においてエンコーダトラックの照明を提供するように配置してもよい。デジタルカメラは、エンコーダトラックの写真（画像）を定期的に撮影するように配置してもよい。これらの写真は、エンコーダ読取ヘッドに対するエンコーダトラックの場所を特定するために、エンコーダ読取ヘッドによって処理してもよい。

読取ヘッドをダイレクトドライブモジュールのハウジングに取り付けて、第２のエンクロージャをダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい。その後、第２のエンクロージャを読取ヘッドの窓に封止して、ダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境をダイレクトドライブモジュール外部の環境から分離し、さらに、第２のエンクロージャ内部の構成要素をダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境から分離してもよい。これによって、第２のエンクロージャ内部の構成要素がダイレクトドライブモジュールのハウジング内部の真空または他の非大気環境にさらされなくなる。

あるいは、第２のエンクロージャをダイレクトドライブモジュールのハウジングに移動可能に結合し、エンコーダトラックに対して読取ヘッドを調整できるようにしてもよい。この調整には、読取ヘッドとエンコーダトラックとの間の距離や、エンコーダトラックに対する読取ヘッドの向き（例えば、ピッチ、ロール、およびヨー）が含まれてもよい。第２のエンクロージャは、Ｏリング、ベローズ、フレクシャ、または、封止を維持しつつ読取ヘッドに十分な可動域を与える他の任意の適切なシールによってダイレクトドライブモジュールのハウジングに封止してもよい。

前述の例示的実施形態では、読取ヘッドは径方向内側を向いているが、径方向外側を向く、例えばディスクの円筒形の内側表面を指すように、または、軸方向上側または下側を向く、例えば、ディスクの平面の１つを指すように、配置してもよい。

本明細書に記載した特徴は、光学エンコーダを備える駆動機構（例えば、ロボット駆動機構）を提供するために用いてもよい。ここで、この光学エンコーダのディスクはある環境（例えば真空環境）にあり、光学エンコーダの読取ヘッドの、光学系および制御電子機器を含む構成要素は別の環境（例えば大気環境）にあり、ディスクと、読取ヘッドの構成要素との間には実質的に透明な隔壁がある。

例示的実施形態では、読取ヘッドは径方向内側を向いているが、センサは、ディスクの円筒形の内側表面へと径方向外側を向くように、または、ディスク４４の平面の１つのへと軸方向（上側または下側）を向くように、配置してもよい。この配置は、例えば、米国特許出願公開公報第２０１５／０２１４０８６号、第２０１６／０２２９２９６号、および２０１７／００３６３５８号に記載される例示的なリニアロボットを含む、線形の用途へと拡張されてもよい。これらの参照文献は、参照することにより全体が本明細書に組み込まれる。

例示的装置は、モータアセンブリのハウジングに、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して取り付けられるように構成されるフレームと、前記フレームに接続される、カメラを含む位置センサと、前記開口部において前記ハウジングに接続されるように構成される環境分離壁と、を備える。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記カメラが前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記カメラと相対的に配置される。前記環境分離壁は、前記開口部において前記ハウジングに直接接続されてもよく、例えば前記装置の前記フレームを介して、前記ハウジングに間接的に接続されてもよい。ただし、前記環境分離壁は、前記ハウジングを貫通する前記開口部の環境封止を少なくとも部分的に構成すると共に、光学的経路も提供する。

前記装置は、前記環境分離壁と前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に直接配置されるように構成されるシールを備えてもよい。前記装置は、前記環境分離壁と前記フレームとの間に直接接続される第１のシールを備えてもよい。前記装置は、前記フレームと前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に直接配置されるように構成される第２のシールを備えてもよい。前記装置は、シールと、前記環境分離壁を前記シールに押し付けるように構成される隔壁保持部を備えてもよい。前記隔壁保持部は、前記フレームによって前記開口部へと押し付けられるように構成される。前記装置は、前記隔壁保持部と前記フレームとの間に、前記隔壁保持部が前記フレームに対して移動できるように弾性を有する接続部を備えてもよく、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記接続部は、前記隔壁保持部を前記開口部に対して付勢する。前記環境分離壁は透明窓であってもよく、前記透明窓は前記フレームに直接接触し、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記透明窓は前記フレームによって前記開口部へと押し付けられるように構成される。前記装置は、前記ハウジングと、前記ハウジング内にあり、前記カメラによって撮像されるように構成される位置参照部材を備える回転子と、少なくとも１つのシールとを備えてもよい。前記フレームは、前記少なくとも１つのシールによって前記ハウジングに接続され、前記環境分離壁が前記開口部を封止することで、前記ハウジング内部の第１の環境領域を前記ハウジング外部の第２の環境領域から分離する。前記フレームは、前記ハウジング内部の前記第１の環境領域にさらされなくてもよい。

例示的方法は、フレームと、前記フレームに接続されるカメラとを備える読取ヘッドを設けることと、前記読取ヘッドをモータアセンブリのハウジングに接続することと、を含んでもよい。ここで前記読取ヘッドの前記フレームは、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して、前記ハウジングに接続される。前記方法はさらに、前記開口部に環境分離壁を配置して、前記ハウジング内部の第１の環境領域を、前記カメラが内部に配置された第２の環境領域から分離することを含んでもよい。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記カメラが前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記カメラと相対的に配置される。

前記方法は、前記環境分離壁と前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間にシールを直接配置することを含んでもよい。前記方法は、前記環境分離壁と前記フレームとの間に第１のシールを直接接続することを含んでもよい。前記方法は、前記フレームと前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に第２のシールを直接配置することを含んでもよい。前記方法は、前記環境分離壁をシールに対して付勢する隔壁保持部を設けることを含んでもよく、前記隔壁保持部は、前記フレームによって前記開口部へと押し付けられる。前記方法は、前記隔壁保持部と前記フレームとの間に、前記隔壁保持部が前記フレームに対して移動できるように弾性を有する接続部を設けることを含んでもよく、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記接続部は、前記隔壁保持部を前記開口部に対して付勢する。前記環境分離壁は透明窓であってもよく、前記透明窓は前記フレームに直接接触し、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記透明窓は前記フレームによって前記開口部へと押し付けられる。前記ハウジング内部に回転子があってもよく、前記回転子は、前記カメラによって撮像されるように構成される位置参照部材を備えてもよく、前記フレームは、少なくとも１つのシールによって前記ハウジングに接続され、前記環境分離壁が前記開口部を封止することで、前記ハウジング内部の第１の環境領域を前記ハウジング外部の第２の環境領域から分離する。前記フレームは、前記ハウジング内部の前記第１の環境領域にさらされなくてもよい。

例示的方法は、モータアセンブリのハウジング外部に配置されるセンサの発光器によって、前記ハウジング内部に配置される参照部材を照射することと、前記センサの、前記ハウジング外部に配置されるカメラによって、前記参照部材の画像を視認することと、を含んでもよい。前記画像は、前記ハウジングの開口部を通して、および前記開口部に配置された透明な環境分離壁を通して、前記カメラによって視認され、前記透明な環境分離壁は、前記ハウジング内部の第１の環境を、前記センサが内部に配置されている第２の環境から封止し、前記カメラは前記第１の環境の外部に配置され、前記透明な環境分離壁によって、前記カメラが前記第１の環境の外部にあっても、前記ハウジング内部からの前記画像を、前記カメラが視認することができる。

図４の例は、前記ダイレクトドライブモジュールの前記ハウジングの覗き窓を示している。図７から図１１の例は、前記窓と前記ダイレクトドライブモジュールの前記ハウジングとの間に直接配置されたシールを示している。図１２、図１４、および図１５の例は、前記窓と前記読取ヘッドのエンクロージャとの間のシールと、前記読取ヘッドの前記エンクロージャと前記ダイレクトドライブモジュールの前記ハウジングとの間の別のシールとを示している。図１３の例は、２つのエンクロージャを示している。

装置の例示的実施形態が提供されてもよい。前記装置は、モータアセンブリのハウジングに、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して取り付けられるように構成されるフレームと、前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、前記フレームに接続される光センサ配列と、前記開口部において前記ハウジングに接続されるように構成される環境分離壁と、を備える。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置される。

例示的方法が提供されてもよい。前記方法は、フレームと、前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、前記フレームに接続される光センサ配列とを備える読取ヘッドを設けることと、前記読取ヘッドをモータアセンブリのハウジングに接続することと、を含む。ここで前記読取ヘッドの前記フレームは、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して、前記ハウジングに接続される。前記方法はさらに、前記開口部に環境分離壁を配置して、前記ハウジング内部の第１の環境領域を、前記光センサ配列が内部に配置された第２の環境領域から分離することを含む。前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置される。

例示的方法が提供されてもよい。前記方法は、モータアセンブリのハウジング外部に少なくとも部分的に配置される読取ヘッドの、少なくとも１つの発光器によって、前記ハウジング内部に配置される参照部材を照射することと、前記読取ヘッドの、前記ハウジング外部に少なくとも部分的に配置される光センサ配列によって、前記参照部材の少なくとも１つの画像を視認することと、を含む。前記少なくとも１つの画像は、前記ハウジングの開口部を通して、および前記開口部に配置された透明な環境分離壁を通して、前記光センサ配列によって視認され、前記透明な環境分離壁は、前記ハウジング内部の第１の環境を、前記光センサ配列が内部に配置されている第２の環境から封止し、前記光センサ配列は前記第１の環境の外部に配置され、前記透明な環境分離壁によって、前記光センサ配列が前記第１の環境の外部にあっても、前記ハウジング内部からの前記少なくとも１つの画像を、前記光センサ配列が視認することができる。

なお、前述した説明は単なる例に過ぎないことにも注意されたい。種々の変形および修正を当業者が考えることができる。例えば、特許請求の範囲にある種々の従属請求項に記載の特徴は、任意の適切な組合せで互いに組合せ可能である。加えて、前述した様々な実施形態からの特徴を選択的に組み合わせて新たな実施形態とすることも可能である。したがって本明細書は、添付の特許請求の範囲に含まれる変更や修正、変形等のすべての事項を包含するものである。

Claims (18)

1. モータアセンブリのハウジングに、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して取り付けられるように構成されるフレームと、
   前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、
   前記フレームに接続される光センサ配列と、
   前記開口部において前記ハウジングに接続されるように構成される環境分離壁と、
   シールと、
   前記環境分離壁を前記シールに押し付けるように構成される隔壁保持部と、
   を備え、
   前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置され、
   前記隔壁保持部は、前記フレームによって前記開口部へと押し付けられるように構成される、
   装置。
2. 前記シールは、前記環境分離壁と前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に直接配置される、請求項１に記載の装置。
3. 前記シールは、前記環境分離壁と前記フレームとの間に直接接続される第１のシールをさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記フレームと前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に直接配置されるように構成される第２のシールをさらに備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記隔壁保持部と前記フレームとの間に、前記隔壁保持部が前記フレームに対して移動できるように弾性を有する接続部をさらに備え、
   前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記接続部は、前記隔壁保持部を前記開口部に対して付勢する、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記環境分離壁は透明窓であって、前記透明窓は前記フレームに直接接触し、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記透明窓は前記フレームによって前記開口部へと押し付けられるように構成される、請求項１に記載の装置。
7. ハウジングと、回転子と、少なくとも１つのシールとを有するモータアセンブリと、
   前記ハウジングに、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して取り付けられるように構成されるフレームと、
   前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、
   前記フレームに接続される光センサ配列と、
   前記開口部において前記ハウジングに接続されるように構成される環境分離壁と、
   を備え、前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置される、装置であって、
   前記ハウジング内の前記回転子は、前記光センサ配列によって撮像されるように構成される位置参照部材を備え、
   前記フレームは、前記少なくとも１つのシールによって前記ハウジングに接続され、
   前記環境分離壁が前記開口部を封止することで、前記ハウジング内部の第１の環境領域を前記ハウジング外部の第２の環境領域から分離する、
   装置。
8. 前記フレームは前記ハウジング内部の前記第１の環境領域にさらされない、請求項７に記載の装置。
9. 前記光センサ配列はカメラ配列を含む、請求項１又は７に記載の装置。
10. 方法であって、
    フレームと、前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、前記フレームに接続される光センサ配列とを備える読取ヘッドを設けることと、
    前記読取ヘッドをモータアセンブリのハウジングに接続することと、
    を含み、
    前記読取ヘッドの前記フレームは、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して、前記ハウジングに接続され、
    前記方法はさらに、前記開口部に環境分離壁を配置して、前記ハウジング内部の第１の環境領域を、前記光センサ配列が内部に配置された第２の環境領域から分離することを含み、
    前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置され、
    前記ハウジング内部に回転子があり、前記回転子は、前記光センサ配列によって撮像されるように構成される位置参照部材を備え、
    前記フレームは、少なくとも１つのシールによって前記ハウジングに接続され、
    前記環境分離壁が前記開口部を封止することで、前記ハウジング内部の第１の環境領域を前記ハウジング外部の第２の環境領域から分離する、
    方法。
11. 前記環境分離壁と前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間にシールを直接配置することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記環境分離壁と前記フレームとの間に第１のシールを直接接続することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記フレームと前記モータアセンブリの前記ハウジングとの間に第２のシールを直接配置することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 方法であって、
    フレームと、前記フレームに接続される少なくとも１つの発光器と、前記フレームに接続される光センサ配列とを備える読取ヘッドを設けることと、
    前記読取ヘッドをモータアセンブリのハウジングに接続することと、
    を含み、
    前記読取ヘッドの前記フレームは、前記ハウジングを貫通して延在する開口部に近接して、前記ハウジングに接続され、
    前記方法はさらに、前記開口部に環境分離壁を配置して、前記ハウジング内部の第１の環境領域を、前記光センサ配列が内部に配置された第２の環境領域から分離することを含み、
    前記環境分離壁は、少なくとも部分的に透明であり、前記光センサ配列が前記環境分離壁および前記開口部を通して前記ハウジング内の画像を視認できるように、前記光センサ配列と相対的に配置され、
    前記環境分離壁をシールに対して付勢する隔壁保持部を設けることをさらに含み、前記隔壁保持部は、前記フレームによって前記開口部へと押し付けられる、方法。
15. 前記隔壁保持部と前記フレームとの間に、前記隔壁保持部が前記フレームに対して移動できるように弾性を有する接続部を設けることをさらに含み、
    前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記接続部は、前記隔壁保持部を前記開口部に対して付勢する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記環境分離壁は透明窓であって、前記透明窓は前記フレームに直接接触し、前記フレームが前記ハウジングに接続されると、前記透明窓は前記フレームによって前記開口部へと押し付けられる、請求項１０又は１４に記載の方法。
17. 前記フレームは前記ハウジング内部の前記第１の環境領域にさらされない、請求項１０又は１４に記載の方法。
18. 前記光センサ配列は少なくとも１つのカメラを含む、請求項１０又は１４に記載の方法。

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